本研究旨在探讨治疗前计算机断层扫描（CT）纹理分析在预测联合靶向化疗后结直肠癌肝转移治疗疗效的价值。回顾性分析 2011 年 3 月–2017 年 10 月在四川大学华西医院接受西妥昔单抗治疗且有完整资料的结直肠癌肝转移患者 82 例。参照 RECIST1.1 标准，将患者分为治疗有反应组和治疗无反应组。采用 CT 纹理分析软件，在门脉期对标记病灶进行 3D 纹理分析。对比治疗有反应组和治疗无反应组间的纹理参数差异，并对差异有统计学意义的参数行受试者工作曲线分析，得出其诊断效能参数。结果显示，治疗前病灶熵（Entropy）、能量（Energy）、方差（Variance）、标准差（std. Deviation）、95th 分位数（Quantile95）以及熵和（sumEntropy）在治疗有反应组（n = 44）和无反应组之间（n = 38）有显著差异（P < 0.05）；较高的熵、熵和、方差、标准差以及较低的能量似乎预示着较好的治疗反应。当熵和 > 0.867 时，能够取得较好的诊断效能，敏感度和特异度分别为 60.5%、79.5%。因此，CT 纹理分析在预测联合靶向化疗的结直肠癌肝转移患者的治疗反应方面具有一定的价值，可作为潜在的疗效预测的生物学标志。
引用本文： 张菁, 周裕文, 邱萌, 伍兵. 计算机断层扫描纹理分析在预测联合靶向化疗后的结直肠癌肝转移灶治疗反应的价值研究. 生物医学工程学杂志, 2018, 35(6): 914-920. doi: 10.7507/1001-5515.201801062 复制
引言
根据中国最新癌症数据，结直肠癌（colorectal cancer，CRC）在中国是导致肿瘤死亡的第五大原因，每年新增病例人数约为 376 300，在男性中的发病率排名第五，在女性中的发病率排名第四[1]。据美国最新的癌症数据报道，结直肠癌在男性和女性中癌症发病率及死亡率中均排名第三[2]。约有 40% 的结直肠癌伴随着肝转移，亦常发生淋巴结以及肺转移。手术切除被认为是结直肠癌肝转移（colorectal cancer liver metastasis，CRLM）最有效的治疗方法，但是当肝转移灶手术无法切除时，患者将接受化疗[3-4]。在接受化疗的患者中，联合西妥昔单抗靶向化疗是目前热门的治疗方式之一[5]。然而靶向药物治疗费用高，患者承受能力有限。因此，在治疗前早期预测靶向药物治疗疗效，能为医生用药及患者选择提供重要参考。
西妥昔单抗作为表皮生长因子受体单抗，目前较为公认的疗效预测标志物为皮疹和 KRAS 基因突变状态[6-7]。但由于皮疹的发生只有在用药后方能观察到，因此只能作为提示药物有效性的临床征兆。郭桂芳等[8]指出结直肠癌中 KRAS 野生型者约 60%，然而野生型中只有 40%～53%（相当于所有肠癌的 20%～30%）的患者获益于西妥昔单抗治疗，其余的患者并没有从这种昂贵的药物中获益，因此进一步探索可靠实用的预测标志物是非常有必要的。
影像学手段尤其是计算机断层扫描（computed tomography，CT）可作为常规监测化疗疗效的工具，因为操作快捷以及对患者的配合度要求较低。CT 纹理分析是量化肿瘤异质性的一种新方法[9]，它利用数学方法评估感兴趣区域（region of interest，ROI）内的灰度级变化，评估病变的纹理粗糙度和分布的不规则性，因此纹理分析可以作为比视觉分析更为详细的定量评估病变特征的方法。
目前只有少数文献利用 CT 纹理分析预测结直肠癌肝转移一线化疗疗效反应的报道，部分纹理参数对于预测疗效反应有较好的诊断效能。然而关于预测结直肠癌肝转移联合靶向药物化疗疗效的研究尚未见报道。因此，本研究的目的是探究结直肠癌肝转移灶的基线 CT 纹理参数是否对联合靶向化疗后的治疗反应有预测价值，以期为临床靶向治疗疗效预测以及后续治疗方案制定提供有效依据。
1 材料和方法
1.1 研究对象
回顾性分析从 2011 年 3 月–2017 年 10 月在四川大学华西医院接受西妥昔单抗治疗的晚期结直肠癌患者。纳入标准：① 结肠、直肠癌伴肝转移；② KRAS 基因野生型；③ 按照 RESIST1.1 标准[10]，至少有一个可测量的病灶；④ 在一线或者二线使用西妥昔单抗联合含铂类或者伊立替康为基础的化疗方案（FOLFOX 或 FOLFIRI 方案）；⑤ 有开始治疗前肝脏的 CT 增强扫描图像，并进行过至少一次疗效评估（采用 CT 或核磁共振成像）。排除标准：① 对所有可测量的病灶在第一次疗效评价前进行放疗、手术或者局部处理；② 图像质量不佳者。
1.2 检查方法
扫描参数：层厚 2 mm，层距 2 mm。患者检查前常规禁食 8～12 h，取平卧位，平扫后行增强扫描。使用对比剂（300 gI/L）按 1.5 mL/kg 体重计算给药量。用高压注射器经肘静脉注射给药，注射速率为 2.5 mL/s。于造影剂注射后 30、60 s 分别行屏气动脉期、门静脉期扫描，扫描范围包括所有病变区域。
该研究的 CT 检查是基于临床诊断及随访需求而进行的常规检查，且未对患者进行额外的非必需 CT 检查。对检查过程中所涉及的造影剂的使用，患者均签署知情同意书。
1.3 图像分析
采用纹理分析软件（O.K，Omini-Kinetics，GE Healthcare，中国），由一名放射科医生（三年从事放射科工作经历），在患者接受治疗前 CT 增强扫描的门脉期，对之后将进行疗效评价的病灶（标记病灶）进行 ROI 勾画，并进行三维（three-dimensional analysis，3D）分析。3D 分析是通过横断位上逐层勾画转移瘤的边界（见图 1a），然后利用计算机进行融合计算得出转移瘤 3D 数据（见图 1b），最后利用软件计算得出（见图 1c）。
图1
3D CT 纹理分析软件
a. 逐层勾画 ROI；b. 3D ROI 合成；c. 计算纹理参数
Figure1. Software of 3D CT texture analysisa: delineating ROI by each slice; b: composing 3D ROI; c: calculating texture parameters
主要纹理参数包括：标准差（std. Deviation），方差（Variance），均差（Mean Deviation），偏度（Skewness），峰度（Kurtosis），能量（Energy），熵（Entropy），5th 分位数（Quantile5），10th 分位数（Quantile10），25th 分位数（Quantile25），50th 分位数（Quantile50），75th 分位数（Quantile75），90th 分位数（Quantile90），95th 分位数（Quantile95），熵和（sumEntropy）等。
能量：能量特征测量强度水平分布的均匀性。如果值很高，那么分布是一个小的强度等级。能量可以定义为：
。
熵：熵度量了强度水平上的系数值分布的随机性。如果熵的值很高，那么图像中的灰度分布就会很多。这个值是能量的倒数。一个简单的图像具有低熵，而复杂的图像具有高熵。熵可以定义为：
。
标准差：是用来量化一组数据值的变化量或分散量的度量。定义为：std.Deviation =
。
方差：为平均数的平方差的平均值。定义为：
。
分位数：分位数标准化是一种全局调整方法，它假定每个样本的统计分布是相同的。标准化是通过使观察到的目标的分布相同且平均而实现的，而该平均分布的获取是通过求取采集样品间每个分位数的平均值得出。它们将概率分布的范围分成相等概率的连续区间，或以相同的方式将样本中的观察点分割开来的切点。
1.4 疗效评价方法
疗效评价则参照实体瘤疗效评价标准（RECIST1.1）执行。对患者的最佳疗效评价进行记录，将完全缓解（CR）和部分缓解（PR）归为治疗有反应组，将疾病稳定（SD）和疾病进展（PD）归为治疗无反应组。
1.5 统计学方法
统计方法首先对所有数据行正态检验，当数据服从正态分布时采用 t 检验，当数据不符合正态分布时采用 M-W U 检验。潜在的有效参数使用受试者操作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线进行量化曲线下面积（area under curve，AUC）。双侧 P < 0.05 被认为差异有统计学意义。所有的统计分析采用 SPSS 19.0 软件进行。
2 结果
2.1 患者基本情况
本研究共纳入病例 82 例。根据 RECIST1.1 标准，对患者的治疗反应进行评定，将患者分为治疗有反应组（44 例）和无反应组（38 例）。患者基本情况见表 1。
表1
患者基本情况
Table1.
Patient characteristics
2.2 纹理参数在两组间差异的对比分析
经过联合靶向化疗后，部分纹理分析参数在治疗有反应组和治疗无反应组间的对比情况如表 2 所示。治疗有反应组的熵、方差、熵和、95th分位数以及标准差的均数或中位数均明显大于治疗无反应组（P < 0.05）；而能量明显小于治疗无反应组（ P < 0.05）。偏度在治疗有反应组有大于治疗无反应组的趋势，但差异无统计学意义（ P = 0.486）。峰度的中位数在治疗有反应组有小于治疗无反应组的趋势，但差异亦无统计学意义（P = 0.724）。
表2
两组患者间 CT 纹理分析参数对比
Table2.
Summary of CT texture analysis of responder and non-responder group
2.3 各参数的诊断效能
采用 ROC 曲线对以上参数进行诊断效能评价，结果如表 3 及图 2 所示。当熵和 > 阈值 0.867 时，能够取得较好的诊断效能，敏感度和特异度分别为 60.5% 和 79.5%。此外，当能量 < 阈值 0.015、熵 > 阈值 6.319、方差 > 阈值 403.480、标准差 > 阈值 20.087、95 th分位数 > 阈值 115.255，或熵和 > 阈值 0.867 时，可能也预示着良好的治疗效果。
表3
各参数的诊断效能
Table3.
Diagnostic efficiency of the parameters
图2
各纹理分析参数 ROC 曲线
a. 参数能量的 ROC 曲线，当参数小于阈值时，可获得较好的治疗反应；b. 参数熵、方差、标准差、95th分位数以及熵和的 ROC 曲线。当参数大于阈值时，可获得较好的治疗反应
Figure2. The ROC curve of the texture analysis parametersa: the ROC curve of the parameter Energy, and better therapeutic response can be obtained when the parameters are less than the threshold; b: the ROC curve of the parameter Entropy, Variance, Std. Deviation, Quantile95, and sumEntropy, and better therapeutic response can be obtained when the parameters are more than the threshold
2.4 典型病例
2.4.1 病例一
女，38 岁，左半结肠癌伴肝转移。西妥昔单抗联合 FOLFIRI 进行一线化疗。治疗前 CT 纹理参数分别为：熵 6.023（< 阈值 6.319）、能量 0.018（> 阈值 0.015）、方差 316.017（< 阈值 403.480）、标准差 17.777（< 阈值 20.087）、95th 分位数 84.088（< 阈值 115.255）以及熵和 0.843（< 阈值 0.867）。治疗后其疗效评价为 SD，与预测结果一致。治疗前 CT 图像见图 3 所示。
图3
结肠癌伴肝转移
该患者熵、方差、标准差、95th分位数以及熵和均小于阈值，能量大于阈值。治疗后其疗效评价为 SD
Figure3. Colon carcinoma with liver metastasesthe value of Entropy, Variance, std Deviation, Quantile95, and sumEntropy are smaller than the thresholds, and the Energy is greater than the threshold. The evaluation of the therapeutic response was SD
2.4.2 病例二
男，56 岁，直肠癌伴肝转移。西妥昔单抗联合 FOLFOX 进行一线化疗。CT 纹理参数分别为：熵 6.464（> 阈值 6.319）、能量 0.014（< 阈值 0.015）、方差 475.088（> 阈值 403.480）、标准差 21.797（> 阈值 20.087）、95th 分位数 115.111（< 阈值 115.255）以及熵和 0.882（> 阈值 0.867），治疗后其疗效评价为 PR，与预测结果一致。治疗前 CT 图像见图 4 所示。
图4
直肠癌肝转移
该患者熵、方差、标准差、95th 分位数以及熵和均大于阈值，能量小于阈值。治疗后其疗效评价为 PR
Figure4. Rectal carcinoma with liver metastasesthe value of Entropy, Variance, std Deviation, Quantile95, and sumEntropy are greater than the thresholds, and the Energy is smaller than the threshold. The evaluation of the therapeutic response was PR
3 讨论
图像纹理分析是一个很有前途的用于量化肿瘤异质性的工具，可用于区分肿瘤的类型和分级、监测治疗反应和预测结果，因而纹理分析参数有潜力成为一种非创伤性的生物标志物。肿瘤影像纹理分析已被应用于不同的成像方式，包括 CT、正电子发射计算机断层显像和核磁共振成像[11-12]。对不同类型肿瘤的研究表明，CT 纹理分析有助于鉴别诊断、肿瘤分期和治疗反应的评估，甚至可以作为预后的生物标志物[13-18]。对于结直肠癌患者，目前已有文献报道 CT 纹理分析参数与肿瘤病理分期相关，可用于预测异时性肝转移的发生，以及对肝转移患者的术后复发情况和化疗疗效进行预测[4, 19-22]。
一项对结直肠癌患者 220 个淋巴结的研究表明，恶性淋巴结和良性淋巴结的 CT 纹理特征可能不同，恶性结节中的异质性更大[23]。Ahn 等[19]对 235 名经过 FOLFOX 和 FOLFIRI 治疗的结直肠癌肝转移患者进行评估的研究中发现，较窄的标准差、较低的偏度以及较高的平均衰减，即较低的异质性预示着较好的治疗反应。在 Grove 等[24]对肺腺癌的研究中表明，较高的异质性与较差的预后相关。
我们的研究探讨了联合靶向化疗的结直肠癌肝转移患者利用治疗前纹理分析与治疗后疗效评估之间的关系，发现治疗前病灶熵、能量、方差、标准差、95th分位数以及熵和在治疗有反应组和无反应组之间有着显著的差异（P < 0.05），较高的熵、方差、标准差、熵和以及较低的能量似乎预示着较好的治疗反应。此外，治疗有效组较无效组有较低的偏度和较高的峰度，但是两组间差异均没有统计学意义。
异质性与肿瘤恶性程度相关，可以用组织学或影像学数据来评估[25]。异质性存在于不同个体的肿瘤中，也可来源于同一个体因细胞增殖、死亡、代谢活动、血管结构及其他因素引起的区域性变化[26]，即肿瘤的代谢、缺氧和血管生成等特征可能与其异质性有关[27]。
熵是反映灰度分布不规则性（异质性）的一个度量，这个参数与均匀性密切相关，与灰度分布的均匀性相反。方差、标准差表示均值的离散程度，同样反映了转移瘤内密度分布的异质性差异。在我们的研究中，有反应组表现为具有较高的熵值、方差和标准差，这意味着在我们的研究中此种疗法对内部结构更不均匀的转移瘤具有良好治疗反应。
在 Ng 等[28]的研究中，评估了 57 个原发性结直肠肿瘤的 CT 纹理特征，发现熵较低（小于阈值 7.9）和标准差较低的患者远期预后较差。Lubner 等[29]利用 CT 纹理分析探究了 77 名结直肠癌肝转移患者的治疗前肿瘤异质性与其病理及临床结果的相关性，发现更均匀的肿瘤（熵更小，标准差更小，衰减高/阳性像素高）在生物学上可能更具侵略性（即肿瘤等级更高，总生存率更低）。该研究与我们的结果相类似，我们猜想原因可能是增强图像上的异质性来源于血管内造影剂的不均匀性，异质性较高的肿瘤血管较为丰富，使靶向药物能更多地进入肿瘤组织，从而对病灶进行更有效的治疗。异质性主要归因于肿瘤血管供应的异质性，这得到了计算机模拟研究的支持[30]。对于我们的结果与其他已发表文献结果不一致的情况，主要可能有以下两点原因：首先，研究部位可能不同，不同肿瘤在不同组织器官内可呈现不同的异质性表现；其次，我们采用的是增强扫描的门脉期，由于造影剂的充填方式和分布的不同可能造成组织内部结构的差异。
目前关于 CT 纹理分析扫描期相的选择，平扫、动脉期、门脉期均被使用，暂无期相的选择标准。Goh 等[31]在肾细胞癌的纹理分析研究中使用动脉期进行分析；Chen 等[32]在肝细胞癌的纹理分析研究中对肝动脉期和门脉期纹理参数进行对比分析。在我们的研究中使用的是门脉期，原因是结直肠癌肝转移灶在门脉期其边界显示更为明显。然而，肝转移瘤可由肝动脉和门静脉双重供血，因此探讨在动脉期结直肠癌肝转移瘤的 CT 纹理分析的参数意义也是十分有必要的。
我们的研究还存在一定的局限性。首先，对于 ROI 的勾画是由放射科医师手工勾画，对于肿瘤边界的判定可能存在一定的误差；对此，纹理分析软件结合 ROI 自动选定软件的研发及使用应在今后的工作中予以开展。其次，由于西妥昔单抗价格昂贵，仅少数人能负担该项治疗费用，因此患者数量较少，部分结果与文献中结论不一致或无统计学意义，将在今后继续收集病例，进行更大样本的统计分析，得出更可靠的结论。
综上所述，治疗前静脉期 CT 3D 纹理分析可以用于预测联合靶向治疗结直肠癌肝转移患者的治疗疗效。较高的熵、熵和、方差、标准差以及较低的能量可能预示着较好的治疗反应。
引言
根据中国最新癌症数据，结直肠癌（colorectal cancer，CRC）在中国是导致肿瘤死亡的第五大原因，每年新增病例人数约为 376 300，在男性中的发病率排名第五，在女性中的发病率排名第四[1]。据美国最新的癌症数据报道，结直肠癌在男性和女性中癌症发病率及死亡率中均排名第三[2]。约有 40% 的结直肠癌伴随着肝转移，亦常发生淋巴结以及肺转移。手术切除被认为是结直肠癌肝转移（colorectal cancer liver metastasis，CRLM）最有效的治疗方法，但是当肝转移灶手术无法切除时，患者将接受化疗[3-4]。在接受化疗的患者中，联合西妥昔单抗靶向化疗是目前热门的治疗方式之一[5]。然而靶向药物治疗费用高，患者承受能力有限。因此，在治疗前早期预测靶向药物治疗疗效，能为医生用药及患者选择提供重要参考。
西妥昔单抗作为表皮生长因子受体单抗，目前较为公认的疗效预测标志物为皮疹和 KRAS 基因突变状态[6-7]。但由于皮疹的发生只有在用药后方能观察到，因此只能作为提示药物有效性的临床征兆。郭桂芳等[8]指出结直肠癌中 KRAS 野生型者约 60%，然而野生型中只有 40%～53%（相当于所有肠癌的 20%～30%）的患者获益于西妥昔单抗治疗，其余的患者并没有从这种昂贵的药物中获益，因此进一步探索可靠实用的预测标志物是非常有必要的。
影像学手段尤其是计算机断层扫描（computed tomography，CT）可作为常规监测化疗疗效的工具，因为操作快捷以及对患者的配合度要求较低。CT 纹理分析是量化肿瘤异质性的一种新方法[9]，它利用数学方法评估感兴趣区域（region of interest，ROI）内的灰度级变化，评估病变的纹理粗糙度和分布的不规则性，因此纹理分析可以作为比视觉分析更为详细的定量评估病变特征的方法。
目前只有少数文献利用 CT 纹理分析预测结直肠癌肝转移一线化疗疗效反应的报道，部分纹理参数对于预测疗效反应有较好的诊断效能。然而关于预测结直肠癌肝转移联合靶向药物化疗疗效的研究尚未见报道。因此，本研究的目的是探究结直肠癌肝转移灶的基线 CT 纹理参数是否对联合靶向化疗后的治疗反应有预测价值，以期为临床靶向治疗疗效预测以及后续治疗方案制定提供有效依据。
1 材料和方法
1.1 研究对象
回顾性分析从 2011 年 3 月–2017 年 10 月在四川大学华西医院接受西妥昔单抗治疗的晚期结直肠癌患者。纳入标准：① 结肠、直肠癌伴肝转移；② KRAS 基因野生型；③ 按照 RESIST1.1 标准[10]，至少有一个可测量的病灶；④ 在一线或者二线使用西妥昔单抗联合含铂类或者伊立替康为基础的化疗方案（FOLFOX 或 FOLFIRI 方案）；⑤ 有开始治疗前肝脏的 CT 增强扫描图像，并进行过至少一次疗效评估（采用 CT 或核磁共振成像）。排除标准：① 对所有可测量的病灶在第一次疗效评价前进行放疗、手术或者局部处理；② 图像质量不佳者。
1.2 检查方法
扫描参数：层厚 2 mm，层距 2 mm。患者检查前常规禁食 8～12 h，取平卧位，平扫后行增强扫描。使用对比剂（300 gI/L）按 1.5 mL/kg 体重计算给药量。用高压注射器经肘静脉注射给药，注射速率为 2.5 mL/s。于造影剂注射后 30、60 s 分别行屏气动脉期、门静脉期扫描，扫描范围包括所有病变区域。
该研究的 CT 检查是基于临床诊断及随访需求而进行的常规检查，且未对患者进行额外的非必需 CT 检查。对检查过程中所涉及的造影剂的使用，患者均签署知情同意书。
1.3 图像分析
采用纹理分析软件（O.K，Omini-Kinetics，GE Healthcare，中国），由一名放射科医生（三年从事放射科工作经历），在患者接受治疗前 CT 增强扫描的门脉期，对之后将进行疗效评价的病灶（标记病灶）进行 ROI 勾画，并进行三维（three-dimensional analysis，3D）分析。3D 分析是通过横断位上逐层勾画转移瘤的边界（见图 1a），然后利用计算机进行融合计算得出转移瘤 3D 数据（见图 1b），最后利用软件计算得出（见图 1c）。
图1
3D CT 纹理分析软件
a. 逐层勾画 ROI；b. 3D ROI 合成；c. 计算纹理参数
Figure1. Software of 3D CT texture analysisa: delineating ROI by each slice; b: composing 3D ROI; c: calculating texture parameters
主要纹理参数包括：标准差（std. Deviation），方差（Variance），均差（Mean Deviation），偏度（Skewness），峰度（Kurtosis），能量（Energy），熵（Entropy），5th 分位数（Quantile5），10th 分位数（Quantile10），25th 分位数（Quantile25），50th 分位数（Quantile50），75th 分位数（Quantile75），90th 分位数（Quantile90），95th 分位数（Quantile95），熵和（sumEntropy）等。
能量：能量特征测量强度水平分布的均匀性。如果值很高，那么分布是一个小的强度等级。能量可以定义为：
。
熵：熵度量了强度水平上的系数值分布的随机性。如果熵的值很高，那么图像中的灰度分布就会很多。这个值是能量的倒数。一个简单的图像具有低熵，而复杂的图像具有高熵。熵可以定义为：
。
标准差：是用来量化一组数据值的变化量或分散量的度量。定义为：std.Deviation =
。
方差：为平均数的平方差的平均值。定义为：
。
分位数：分位数标准化是一种全局调整方法，它假定每个样本的统计分布是相同的。标准化是通过使观察到的目标的分布相同且平均而实现的，而该平均分布的获取是通过求取采集样品间每个分位数的平均值得出。它们将概率分布的范围分成相等概率的连续区间，或以相同的方式将样本中的观察点分割开来的切点。
1.4 疗效评价方法
疗效评价则参照实体瘤疗效评价标准（RECIST1.1）执行。对患者的最佳疗效评价进行记录，将完全缓解（CR）和部分缓解（PR）归为治疗有反应组，将疾病稳定（SD）和疾病进展（PD）归为治疗无反应组。
1.5 统计学方法
统计方法首先对所有数据行正态检验，当数据服从正态分布时采用 t 检验，当数据不符合正态分布时采用 M-W U 检验。潜在的有效参数使用受试者操作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线进行量化曲线下面积（area under curve，AUC）。双侧 P < 0.05 被认为差异有统计学意义。所有的统计分析采用 SPSS 19.0 软件进行。
2 结果
2.1 患者基本情况
本研究共纳入病例 82 例。根据 RECIST1.1 标准，对患者的治疗反应进行评定，将患者分为治疗有反应组（44 例）和无反应组（38 例）。患者基本情况见表 1。
表1
患者基本情况
Table1.
Patient characteristics
2.2 纹理参数在两组间差异的对比分析
经过联合靶向化疗后，部分纹理分析参数在治疗有反应组和治疗无反应组间的对比情况如表 2 所示。治疗有反应组的熵、方差、熵和、95th分位数以及标准差的均数或中位数均明显大于治疗无反应组（P < 0.05）；而能量明显小于治疗无反应组（ P < 0.05）。偏度在治疗有反应组有大于治疗无反应组的趋势，但差异无统计学意义（ P = 0.486）。峰度的中位数在治疗有反应组有小于治疗无反应组的趋势，但差异亦无统计学意义（P = 0.724）。
表2
两组患者间 CT 纹理分析参数对比
Table2.
Summary of CT texture analysis of responder and non-responder group
2.3 各参数的诊断效能
采用 ROC 曲线对以上参数进行诊断效能评价，结果如表 3 及图 2 所示。当熵和 > 阈值 0.867 时，能够取得较好的诊断效能，敏感度和特异度分别为 60.5% 和 79.5%。此外，当能量 < 阈值 0.015、熵 > 阈值 6.319、方差 > 阈值 403.480、标准差 > 阈值 20.087、95 th分位数 > 阈值 115.255，或熵和 > 阈值 0.867 时，可能也预示着良好的治疗效果。
表3
各参数的诊断效能
Table3.
Diagnostic efficiency of the parameters
图2
各纹理分析参数 ROC 曲线
a. 参数能量的 ROC 曲线，当参数小于阈值时，可获得较好的治疗反应；b. 参数熵、方差、标准差、95th分位数以及熵和的 ROC 曲线。当参数大于阈值时，可获得较好的治疗反应
Figure2. The ROC curve of the texture analysis parametersa: the ROC curve of the parameter Energy, and better therapeutic response can be obtained when the parameters are less than the threshold; b: the ROC curve of the parameter Entropy, Variance, Std. Deviation, Quantile95, and sumEntropy, and better therapeutic response can be obtained when the parameters are more than the threshold
2.4 典型病例
2.4.1 病例一
女，38 岁，左半结肠癌伴肝转移。西妥昔单抗联合 FOLFIRI 进行一线化疗。治疗前 CT 纹理参数分别为：熵 6.023（< 阈值 6.319）、能量 0.018（> 阈值 0.015）、方差 316.017（< 阈值 403.480）、标准差 17.777（< 阈值 20.087）、95th 分位数 84.088（< 阈值 115.255）以及熵和 0.843（< 阈值 0.867）。治疗后其疗效评价为 SD，与预测结果一致。治疗前 CT 图像见图 3 所示。
图3
结肠癌伴肝转移
该患者熵、方差、标准差、95th分位数以及熵和均小于阈值，能量大于阈值。治疗后其疗效评价为 SD
Figure3. Colon carcinoma with liver metastasesthe value of Entropy, Variance, std Deviation, Quantile95, and sumEntropy are smaller than the thresholds, and the Energy is greater than the threshold. The evaluation of the therapeutic response was SD
2.4.2 病例二
男，56 岁，直肠癌伴肝转移。西妥昔单抗联合 FOLFOX 进行一线化疗。CT 纹理参数分别为：熵 6.464（> 阈值 6.319）、能量 0.014（< 阈值 0.015）、方差 475.088（> 阈值 403.480）、标准差 21.797（> 阈值 20.087）、95th 分位数 115.111（< 阈值 115.255）以及熵和 0.882（> 阈值 0.867），治疗后其疗效评价为 PR，与预测结果一致。治疗前 CT 图像见图 4 所示。
图4
直肠癌肝转移
该患者熵、方差、标准差、95th 分位数以及熵和均大于阈值，能量小于阈值。治疗后其疗效评价为 PR
Figure4. Rectal carcinoma with liver metastasesthe value of Entropy, Variance, std Deviation, Quantile95, and sumEntropy are greater than the thresholds, and the Energy is smaller than the threshold. The evaluation of the therapeutic response was PR
3 讨论
图像纹理分析是一个很有前途的用于量化肿瘤异质性的工具，可用于区分肿瘤的类型和分级、监测治疗反应和预测结果，因而纹理分析参数有潜力成为一种非创伤性的生物标志物。肿瘤影像纹理分析已被应用于不同的成像方式，包括 CT、正电子发射计算机断层显像和核磁共振成像[11-12]。对不同类型肿瘤的研究表明，CT 纹理分析有助于鉴别诊断、肿瘤分期和治疗反应的评估，甚至可以作为预后的生物标志物[13-18]。对于结直肠癌患者，目前已有文献报道 CT 纹理分析参数与肿瘤病理分期相关，可用于预测异时性肝转移的发生，以及对肝转移患者的术后复发情况和化疗疗效进行预测[4, 19-22]。
一项对结直肠癌患者 220 个淋巴结的研究表明，恶性淋巴结和良性淋巴结的 CT 纹理特征可能不同，恶性结节中的异质性更大[23]。Ahn 等[19]对 235 名经过 FOLFOX 和 FOLFIRI 治疗的结直肠癌肝转移患者进行评估的研究中发现，较窄的标准差、较低的偏度以及较高的平均衰减，即较低的异质性预示着较好的治疗反应。在 Grove 等[24]对肺腺癌的研究中表明，较高的异质性与较差的预后相关。
我们的研究探讨了联合靶向化疗的结直肠癌肝转移患者利用治疗前纹理分析与治疗后疗效评估之间的关系，发现治疗前病灶熵、能量、方差、标准差、95th分位数以及熵和在治疗有反应组和无反应组之间有着显著的差异（P < 0.05），较高的熵、方差、标准差、熵和以及较低的能量似乎预示着较好的治疗反应。此外，治疗有效组较无效组有较低的偏度和较高的峰度，但是两组间差异均没有统计学意义。
异质性与肿瘤恶性程度相关，可以用组织学或影像学数据来评估[25]。异质性存在于不同个体的肿瘤中，也可来源于同一个体因细胞增殖、死亡、代谢活动、血管结构及其他因素引起的区域性变化[26]，即肿瘤的代谢、缺氧和血管生成等特征可能与其异质性有关[27]。
熵是反映灰度分布不规则性（异质性）的一个度量，这个参数与均匀性密切相关，与灰度分布的均匀性相反。方差、标准差表示均值的离散程度，同样反映了转移瘤内密度分布的异质性差异。在我们的研究中，有反应组表现为具有较高的熵值、方差和标准差，这意味着在我们的研究中此种疗法对内部结构更不均匀的转移瘤具有良好治疗反应。
在 Ng 等[28]的研究中，评估了 57 个原发性结直肠肿瘤的 CT 纹理特征，发现熵较低（小于阈值 7.9）和标准差较低的患者远期预后较差。Lubner 等[29]利用 CT 纹理分析探究了 77 名结直肠癌肝转移患者的治疗前肿瘤异质性与其病理及临床结果的相关性，发现更均匀的肿瘤（熵更小，标准差更小，衰减高/阳性像素高）在生物学上可能更具侵略性（即肿瘤等级更高，总生存率更低）。该研究与我们的结果相类似，我们猜想原因可能是增强图像上的异质性来源于血管内造影剂的不均匀性，异质性较高的肿瘤血管较为丰富，使靶向药物能更多地进入肿瘤组织，从而对病灶进行更有效的治疗。异质性主要归因于肿瘤血管供应的异质性，这得到了计算机模拟研究的支持[30]。对于我们的结果与其他已发表文献结果不一致的情况，主要可能有以下两点原因：首先，研究部位可能不同，不同肿瘤在不同组织器官内可呈现不同的异质性表现；其次，我们采用的是增强扫描的门脉期，由于造影剂的充填方式和分布的不同可能造成组织内部结构的差异。
目前关于 CT 纹理分析扫描期相的选择，平扫、动脉期、门脉期均被使用，暂无期相的选择标准。Goh 等[31]在肾细胞癌的纹理分析研究中使用动脉期进行分析；Chen 等[32]在肝细胞癌的纹理分析研究中对肝动脉期和门脉期纹理参数进行对比分析。在我们的研究中使用的是门脉期，原因是结直肠癌肝转移灶在门脉期其边界显示更为明显。然而，肝转移瘤可由肝动脉和门静脉双重供血，因此探讨在动脉期结直肠癌肝转移瘤的 CT 纹理分析的参数意义也是十分有必要的。
我们的研究还存在一定的局限性。首先，对于 ROI 的勾画是由放射科医师手工勾画，对于肿瘤边界的判定可能存在一定的误差；对此，纹理分析软件结合 ROI 自动选定软件的研发及使用应在今后的工作中予以开展。其次，由于西妥昔单抗价格昂贵，仅少数人能负担该项治疗费用，因此患者数量较少，部分结果与文献中结论不一致或无统计学意义，将在今后继续收集病例，进行更大样本的统计分析，得出更可靠的结论。
综上所述，治疗前静脉期 CT 3D 纹理分析可以用于预测联合靶向治疗结直肠癌肝转移患者的治疗疗效。较高的熵、熵和、方差、标准差以及较低的能量可能预示着较好的治疗反应。
